fr.wedoany.com Rapport : Le fabricant britannique de moteurs et d’onduleurs à haute densité de puissance Helix (Milton Keynes) et le spécialiste autrichien des transmissions haute performance Zoerkler Gears GmbH & Co KG (Joes) collaborent pour développer et valider une unité de propulsion électrique (EPU) à engrenages destinée à la mobilité aérienne avancée (AAM). Cette EPU, conçue pour les applications eVTOL exigeantes, peut supporter l’installation d’hélices dans des configurations de sustentation, de croisière et de rotors basculants.
Les applications à couple élevé traditionnelles utilisent souvent des EPU à configuration « entraînement direct », ce qui entraîne une largeur et une masse importantes du moteur. Helix intègre de manière transparente son propre moteur avec la transmission légère de Zoerkler (efficacité de 98 %), permettant à cette EPU de fournir un couple élevé dans un boîtier de seulement 26 cm de diamètre (soit 50 % du diamètre d’une unité à entraînement direct équivalente). Premier produit de la série d’EPU pour la mobilité aérienne avancée, ce boîtier pèse 32,2 kg et offre les paramètres suivants : en configuration de sustentation, une puissance de 100 kW et un couple allant jusqu’à 1 600 N·m ; en configuration de croisière, une puissance continue de 250 kW et une puissance de crête de 400 kW. Un profil plus léger et plus étroit contribue à réduire la taille des nacelles et la traînée dans les applications eVTOL, permettant ainsi une charge utile et une autonomie accrues.
La technologie de groupe motopropulseur électrique d’Helix repose sur son noyau évolutif : rotor à aimants permanents propriétaire, refroidissement rotorique breveté, nombre élevé de pôles, structure de bobinage propriétaire, contrainte magnétique en composite de fibre de carbone, manchon de refroidissement en composite de fibre de carbone, et refroidissement radial et axial à eau à haute vitesse. Outre les applications mobiles, ses produits sont également utilisés dans le domaine naval, comme sur le voilier haute performance Magic Carpet e.
L’utilisation de composites en fibre de carbone dans les moteurs provient principalement des secteurs aérospatial et des machines à haute vitesse. Les manchons de contrainte rotorique métalliques traditionnels (comme l’Inconel 718 ou le titane) risquent la désintégration lors de rotations à haute vitesse. Un manchon thermodurcissable renforcé de fibre de carbone enveloppant le rotor à aimants permanents résout ce problème. Lorsque le rotor tourne à 20 000 tr/min (vitesse courante dans les véhicules électriques modernes), chaque composant subit une force centrifuge proportionnelle au carré de la vitesse ; doubler la vitesse multiplie par quatre la force de déchirement du rotor. Le manchon en composite de fibre de carbone réduit le poids des composants du moteur, diminue l’inertie de rotation, offre une pression de compression plus élevée, réduit l’entrefer entre l’arbre et le stator, tout en diminuant l’autocharge due à la force centrifuge, et ses pertes électriques sont bien inférieures à celles du manchon métallique qu’il remplace. Une validation par analyse par éléments finis (FEA) du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) confirme que, dans un moteur à rotor externe à aimants permanents en surface, la contrainte maximale subie par le manchon en fibre de carbone à des vitesses allant jusqu’à 20 000 tr/min reste inférieure à la limite d’élasticité du matériau, ce qui justifie l’utilisation de manchons en fibre de carbone dans des applications de forte puissance telles que les véhicules électriques, les turbogénérateurs et les entraînements aérospatiaux.
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